Министерство образования и науки РФ

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (КНИТУ-КАИ)

им. А.Н. ТУПОЛЕВА

Институт радиоэлектроники и телекоммуникации КГТУ (ИРЭТ)

Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств (РЭКУ)

Методические указания

АМ ВЧ – тракт радиопередающего устройства

Расчёт структурной схемы

УБМ

Составил:

Ст. преп. каф. РЭКУ Гимадеева Л.А.

Казань 2015

Содержание

Введение 3

1.Обобщенная структурная схема 4

1.1. Функциональная схема ВЧ -- тракта РПдУ (рис.3) 7

1.1.1. Расчет оконечного каскада (ОК) 7

2.3.Параметры биполярного транзистора и усилителя мощности по схеме с общим эмиттером (УМ с ОЭ) 15

2.3.Параметры биполярного транзистора и усилителя мощности по схеме с общим эмиттером (УМ с ОЭ) 25

Список литературы 29

Введение

Основная задача проектирования радиопередающего устройства ( РПдУ) состоит в выборе наиболее эффективных решений с учётом государственных стандартов и современной элементной базы при реализации РПдУ в зависимости от назначения, условий эксплуатации, мощности в антенне, диапазона рабочих частот, вида модуляции, нестабильности рабочей частоты, уровня внеполосного излучения.

При курсовом проектировании РПдУ прежде, чем производить расчет каскадов, необходимо рассчитать структурную схему РПдУ.

В предлагаемых методических указаниях рассматривается многокаскадный ВЧ-тракт РПдУ на биполярных транзисторах .

Результатом расчета структурной схемы является:

а) тип активного элемента каждого каскада;

б) номинальная величина напряжения питания каждого каскада;

в) ориентировочные величины параметров каскадов:

коэффициент усиления по мощности - К_Р,

выходная мощность - Р_вых,

входная мощность - Р_вх,

коэффициент полезного действия - η;

г) количество каскадов.

1.Обобщенная структурная схема

Расчет радиопередающего устройства (РПдУ) ведется от конца к началу, т.е. от передающей антенны до возбудителя (автогенератора – АГ).

Как правило, при курсовом проектировании задаются следующие параметры:

1. мощность в антенне Р_А,

2. рабочая частота f_раб,

3. относительная нестабильность частоты ,

4. вид модуляции, коэффициент нелинейных искажений К_{ни ;}

диапазон модулирующих частот F_н ….. F_в

5. параметры антенны Z_A = R_A + jX_A или сопротивление фидера ρ_ф,

6. коэффициент фильтрации выходного каскада Ф.

Мощность возбудителя может быть:

_{- для трёхточечных схем АГ}

при относительной нестабильности

_{- для кварцевых АГ (1.1)}

при относительной нестабильности

На рис.1 представлена обобщенная структурная схема РПдУ.

Подключение модулятора зависит от вида модуляции и будет рассмотрено далее.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема РПдУ

E_k1 <…< E_{K(k-1 )} <…< E_{K(k-1 )} < E_Kk – напряжение питания максимально в оконечном каскаде и снижается по мере продвижения к началу передатчика, равенство напряжений питания допускается при специальных требованиях.

К_р1 >…> К_Р(к-i) >…> К_Р(к-i) > K_Pk – при правильном расчёте передатчика коэффициент усиления по мощности максимален в начальных каскадах и минимален в оконечном.

–УМ (усилитель мощности);

ОК – оконечный каскад;

ПРОК – предоконечный каскад;

ПМК – промежуточный каскад;

УмнЧ – умножитель частоты;

В – возбудитель;

М – модулятор.

Модулятор (М) в зависимости от вида модуляции подключается или в конце ВЧ тракта – при АМ или ИМ, или в начале ВЧ тракта – при ЧМ.

При ОМ формирователь ОМ сигнала включается в начале ВЧ тракта, а усилители мощности ВЧ тракта работают в режиме усиления модулированных колебаний, т.е. с низким кпд.

ОК, ПРОК, ПМК, УмнЧ относятся к генераторам с внешним возбуждением (ГВВ) и любой из них включает в себя активный элемент и колебательную систему. В транзисторных радиопередатчиках чаще всего в качестве колебательных систем применяются П- , Г- , Т- образные фильтры, так как они удобны для согласования R_ЭКВКР и R_Н и имеют высокий коэффициент полезного действия , что является одним из основных требований при проектировании генераторов. R_ЭКВКР - это эквивалентное критическое сопротивление коллекторной нагрузки, соответствующее критическому энергетически выгодному режиму генератора , определяется при энергетическом расчёте усилителя мощности, R_Н- сопротивление нагрузки каскада, в ОК- это сопротивление фидера или антенны, в ПРОК, ПМК, УмнЧ-это входное сопротивление каскада, следующего после рассматриваемым.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема ВЧ- тракта РПдУ

(В– возбудитель колебаний, УБМ- усилитель большой мощности, УСМ- усилитель средней мощности, УММ- усилитель малой мощности).

Исходя из заданной мощности в антенне Р_А , необходимо определить мощность, которую должен выдать выбранный транзистор с учетом потерь в фидере и колебательной системе

(1.2)

где

Р_ок – мощность на коллекторе оконечного каскада,

- кпд фидера,

для П-, Г-, Т- образных фильтров,

для контура.

Входная мощность оконечного каскада:

(1.3)

где К_р – коэффициент усиления по мощности

Мощность на коллекторе транзистора предоконечного каскада с учетом потерь в колебательной системе:

(1.4)

Аналогично производятся расчеты промежуточных каскадов и умножителя частоты (если он требуется) до тех пор, пока входная мощность первого промежуточного каскада не будет примерно равна выходной мощности автогенератора ф. (1.1):

(1.5)